FOR 5269: Zukünftige Methoden für Studien von eingeschlossenen Gluonen in QCD
Coordinator
Professor Dr. Francesco Knechtli
Grant period
2021 -
Funding body
Deutsche Forschungsgemeinschaft
DFG
Identifier
G:(GEPRIS)451886959
Note: Im Standardmodell beschreibt die Quantenchromodynamik (QCD) die starke Kernkraft, welche die Quarks und Gluonen im Inneren der Hadronen bindet. Die Theorie schließt die Bausteine der Hadronen ein (Confinement), die nie direkt im Experiment beobachtet werden. Es ist eine große Herausforderung, experimentelle Beobachtungen mit der stark wechselwirkenden Quantenfeldtheorie zu verbinden. Die Natur des Confinement und die physikalischen Eigenschaften von eingeschlossenen Gluonen sind noch sehr wenig verstanden.Die Untersuchung des Charmonium-Systems, das ein Charm Quark-Anti-Quark Paar enthält, wurde mit der Entdeckung von unerwarteten schmalen Resonanzen (X, Y und Z) revolutioniert. Ihre Natur ist noch nicht verstanden. Auch das Interesse an Gluebällen, das sind Hadronen, die überwiegend aus eingeschlossenen Gluonen bestehen, ist gerade in letzter Zeit wiedererwacht. Jüngste und geplante Experimente werfen physikalische Fragen für die Theorie auf: a) Spielen Gluonen eine wichtige Rolle im Charmonium mit beobachtbaren Konsequenzen? b) Sagt die QCD die Existenz von Gluebällen voraus? c) Können Gluebälle mit experimentell nachgewiesenen Resonanzen identifiziert werden?Die Gitter QCD ermöglicht, die Physik der Hadronen mit Hilfe von umfangreichen Monte Carlo Simulationen direkt aus den Quarks und Gluonen zu berechnen. Aber viele Probleme der QCD, die die Gluonen betreffen, sind ungelöst. Schwierigkeiten entstehen zum einen durch den großen Rechenaufwand, der von der Quark-Dynamik im Sampling verursacht wird, und zum anderen durch starke statistische Fluktuationen, die in Verbindung mit eingeschlossenen Gluonen auftreten. Die zwei Hauptziele dieses Projektes sind: 1. die Entwicklung and Optimierung von neuen Techniken für die Varianzreduktion von Korrelationsfunktionen in Monte-Carlo Simulationen mit einem soliden mathematischen Fundament; 2. die Validierung und erste Anwendungen dieser Methoden, um die Fragen a) bis c) zu beantworten. Die Forschungsgruppe kombiniert die interdisziplinäre Expertise von Physikern aus der Gitter QCD und numerischen Mathematikern. Zunächst wird die Gruppe fortgeschrittene Werkzeuge zur rechnergestützten Behandlung der Fragen a)-c) entwickeln, um damit Gluebälle und Charmonium in der QCD im Detail zu studieren. Dieses Rüstzeug wird auch genutzt, um die nächste Generation von Gitter-Berechnungen vorzubereiten. Wir werden die neuen Methoden aktiv verbreiten, damit sie zukünftig eine möglichst breite Anwendung in der Gitter-QCD finden.Das Forschungsprogramm zielt auf die gegenseitige Befruchtung von Ideen der theoretischen Physik und der angewandten numerischen Analysis. Dabei werden neue Methoden der Molekulardynamik und der linearen Algebra in umfangreichen Berechnungen der Physik getestet. Die Forschungsgruppe baut eine engere Kollaboration zwischen diesen Gebieten aus. Die Ergebnisse der Forschung werden zusammen mit effektiven Theorien zum Verständnis von gegenwärtigen und zukünftigen Experimenten beitragen.
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